Microorganismi e Antibiotici nella produzione di biogas

Attività di ricerca su impianti a scala reale

La ricerca si è svolta presso diverse aziende agricole dotate di impianti di biogas nella Regione Lazio. In base alle informazioni fornite dalle aziende, sono stati effettuati campionamenti stagionali e mensili del materiale di alimentazione dei reattori e del digestato in uscita.

Attività sperimentale in laboratorio

A scala di laboratorio, sono stati studiati gli effetti degli antibiotici sul processo di digestione anaerobica e sul suolo trattato, sia con letame che con il digestato, utilizzando microcosmi sperimentali.

In particolare, in laboratorio sono stati realizzati esperimenti di digestione anaerobica in microcosmi (in cui era assente l’ossigeno) nei quali, oltre ai reflui o al digestato, sono state aggiunte quantità note degli antibiotici sulfametossazolo, ciprofloxacina ed enrofloxacina, sia da soli che in combinazione. Sono stati studiati i tempi di degradazione degli antibiotici ed eventuali cambiamenti delle caratteristiche delle comunità microbiche coinvolte nella digestione anaerobica, e le relative produzioni di biogas.

Metodi

Le analisi delle comunità microbiche sono state effettuate con metodi di biologia molecolare che si avvalgono della microscopia ad epifluorescenza (ibridazione in situ in fluorescenza, conta totale diretta, determinazione delle cellule microbiche vive).

La quantità e la composizione del biogas prodotto sono stati determinati rispettivamente con il metodo volumetrico e gas-cromatografia. Gli intermedio liquidi del processo sono stati determinati mediante cromatografia in fase liquida.

Risultati

Dai campionamenti svolti presso le aziende nell’arco temporale di almeno 1 anno è emerso che concentrazioni residuali variabili degli antibiotici vengono riscontrate nel materiale di alimentazione degli impianti. Nonostante i fluorochinoloni siano utilizzati in minore quantità dei sulfonamidi, la maggiore complessità strutturale di queste molecole ne determina una maggiore persistenza nell’ambiente.

Le analisi del digestato ci permettono di affermare che il processo di digestione anaerobica riduce significativamente le concentrazioni degli antibiotici nei reflui zootecnici, in alcuni casi anche a livelli trascurabili.

Il trattamento di digestione anaerobica sembra comportare non solo una riduzione complessiva degli antibiotici, ma anche del carico dei geni antibiotico-resistenti all’interno della comunità microbica in uscita dal reattore.

 Gli esperimenti nei microcosmi anaerobici mostrano che la comunità microbica presente nei reattori non subisce effetti negativi in presenza degli antibiotici testati, e mantiene, e in taluni casi addirittura lo aumenta, il livello di produzione di biogas.

Inoltre, emerge chiaramente che le comunità microbiche studiate sono in grado di degradare anche concentrazioni molto elevate (mg/Kg) dei tre antibiotici studiati.